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発明の名称 沸騰水型原子炉
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−225437(P2007−225437A)
公開日 平成19年9月6日(2007.9.6)
出願番号 特願2006−46831(P2006−46831)
出願日 平成18年2月23日(2006.2.23)
代理人 【識別番号】100075812
【弁理士】
【氏名又は名称】吉武 賢次
発明者 衣 笠 邦 彦 / 保 志 貴 司 / 関 口 晃 一 / 田 嶋 智 子 / 中 丸 幹 英
要約 課題
原子炉圧力容器下部に貫通口を設ける必要がなく圧力容器下部の潜在的冷却材喪失事故の可能性を低下させることができるとともに、原子炉格納容器を小型化して経済性を向上させることができる沸騰水型原子炉を提供する。

解決手段
炉心102を構成する複数体の燃料集合体105間に上方から下方に向けて挿入され、かつ下方から上方へ向けて引抜操作が行われる複数の制御棒107と、原子炉圧力容器101上蓋部に設けられ、制御棒107を制御棒駆動軸109で連結して操作する制御棒駆動機構108と、炉心102を構成する複数体配置の燃料集合体105を固定保護する燃料チャンネルを延長して形成されるとともに、制御棒案内の機能を持たせた延長燃料チャンネル110とを備える。
特許請求の範囲
【請求項1】
原子炉圧力容器の内底部に設けられ、炉心シュラウド、炉心支持板、中間格子板、上部格子板およびこれらによって支持された燃料集合体を有する炉心と、
この炉心を構成する複数体の燃料集合体間に上方から下方に向けて挿入され、かつ下方から上方へ向けて引抜操作が行われる複数の制御棒と、
原子炉圧力容器上部に設けられ、前記制御棒を制御棒駆動軸で連結して操作する制御棒駆動機機構と、
前記燃料集合体を固定保護する燃料チャンネルを延長して形成されるとともに、制御棒案内の機能を持たせた延長燃料チャンネルと、
この延長燃料チャンネルの上方において前記炉心の上端開口を閉塞するとともに前記複数の制御棒駆動軸が上下動自在に通過するシュラウドヘッドと、
このシュラウドヘッドの上方に設けられ、前記炉心から発生した二相流の気水分離を行う複数の気水分離器と、
前記原子炉圧力容器内に設けられ、前記炉心から発生した蒸気を通過させて乾燥するドライヤと、
を備えたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項2】
請求項1記載の沸騰水型原子炉において、冷却水の炉内自然循環を可能としたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項3】
請求項1記載の沸騰水型原子炉において、前記原子炉圧力容器に接続される配管およびノズル類を前記炉心位置より上方に配置したことを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項4】
請求項1記載の沸騰水型原子炉において、前記シュラウドは前記原子炉圧力容器の下鏡に設置されたシュラウドサポート部に遠隔設置されることを特徴とする沸騰水型原子炉。
【請求項5】
請求項1記載の沸騰水型原子炉において、前記制御棒を急速に挿入する際に、前記制御棒単体又は、前記制御棒及び前記制御棒と連結した制御棒駆動軸で自由落下するように構成されたことを特徴とする沸騰水型原子炉。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、原子炉圧力容器下部に貫通口を設ける必要がなく安全性を向上させることができる沸騰水型原子炉に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の沸騰水型原子炉について、ABWRと呼ばれる改良型沸騰水型原子炉を例に、図6を参照して説明する。
【0003】
従来の沸騰水型原子炉は、原子炉圧力容器101内に、炉心102を収容するシュラウド104が設けられている。このシュラウド104の下部および上部にはそれぞれ炉心支持板103および上部格子板106が配設され、これら炉心支持板103と上部格子板106との間には、多数の燃料集合体105が設置されている。シュラウド104の上部にはシュラウドヘッド112が設けられており、このシュラウドヘッド112の上部にはスタンドパイプ113を介して気水分離器114が設置されている。そして、この気水分離器114の上方には、蒸気乾燥器117が設置されている。
【0004】
また、炉心支持板103の下方には、炉心102内に挿入される制御棒107を収納する制御棒案内管127と、制御棒107を駆動するための制御棒駆動機構108が設置されている。原子炉圧力容器101の下部外周には複数のインターナルポンプ124が周方向に離間して配設されている。
【0005】
一方、蒸気乾燥器117の側方の原子炉圧力容器101壁面には、炉心102で発生した蒸気をタービンへ導く主蒸気管118が接続されている。また、原子炉圧力容器101のスタンドパイプ113側方には、この原子炉圧力容器101に冷却水を供給する給水配管119が接続されている。
【0006】
このように構成された従来の沸騰水型原子炉においては、炉上部の冷却水はシュラウド104と原子炉圧力容器101に囲まれた環状空間からインターナルポンプ124に吸い込まれ、炉底部を経て炉心102で蒸気となり、スタンドパイプ113、気水分離器114、蒸気乾燥器117を通過して主蒸気管118でタービンに向かう。そして、タービンを回した蒸気は主復水器で冷却され水となって給水配管119から原子炉圧力容器101上部に戻る循環となっている。シュラウド104は、原子炉圧力容器101の下部からシュラウドサポート125およびポンプデッキ126により立設され、炉心102、シュラウドヘッド112および気水分離器114等の炉内機器を支持している。
【0007】
このような従来の沸騰水型原子炉においては、原子炉圧力容器の下部を多数の制御棒駆動機構と炉心核計装管とが貫通することになり、原子炉圧力容器下部の潜在的冷却材喪失事故(LOCA)の可能性を増加させる要因となっていた。
【0008】
一方、経済性の高い原子力発電所を実現するには、原子炉圧力容器内の燃料集合体をできる限り有効に収納して原子炉圧力容器を小型化し、更にその原子炉圧力容器を内包する原子炉格納容器およびそれを内包する原子炉建屋容積を小さくすることが必要である。ところが、従来の沸騰水型原子炉においては、原子炉圧力容器の下部に懸下された多数の制御棒駆動機構と炉心核計装管、およびそれらのケーブル、さらに引き抜きスペースが必要となり、これらの削減が格納容器小型化には有効な手段のひとつであった。
【特許文献1】特開2002−55189号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、原子炉圧力容器下部に貫通口を設ける必要がなく圧力容器下部の潜在的冷却材喪失事故(LOCA)の可能性を低下させて安全性を向上させること、および原子炉格納容器を小型化して経済性を向上させるために、制御棒駆動機構を圧力容器上部に設置し、炉内核計装管を原子炉圧力容器の炉心より上部から引出すこととし、それらを実現するための具体的な炉内支持構造と炉内機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、原子炉圧力容器の内底部に設けられ、炉心シュラウド、炉心支持板、中間格子板、上部格子板およびこれらによって支持された燃料集合体を有する炉心と、この炉心を構成する複数体の燃料集合体間に上方から下方に向けて挿入され、かつ下方から上方へ向けて引抜操作が行われる複数の制御棒と、原子炉圧力容器上部に設けられ、前記制御棒を制御棒駆動軸で連結して操作する制御棒駆動機機構と、前記燃料集合体を固定保護する燃料チャンネルを延長して形成されるとともに、制御棒案内の機能を持たせた延長燃料チャンネルと、この延長燃料チャンネルの上方において前記炉心の上端開口を閉塞するとともに前記複数の制御棒駆動軸が上下動自在に通過するシュラウドヘッドと、このシュラウドヘッドの上方に設けられ、前記炉心から発生した二相流の気水分離を行う複数の気水分離器と、前記原子炉圧力容器内に設けられ、前記炉心から発生した蒸気を通過させて乾燥するドライヤとを備えたことを特徴とする。
【0011】
本発明においては、冷却水の炉内自然循環を可能としたことが好ましい。
【0012】
本発明においては、前記原子炉圧力容器に接続される配管およびノズル類を前記炉心位置より上方に配置したことが好ましい。
【0013】
本発明においては、原子炉の核計装配線引出部を、前記炉心位置より上方の前記原子炉圧力容器の胴部に配置したことが好ましい。
【0014】
本発明においては、前記シュラウドは前記原子炉圧力容器の下鏡に設置されたシュラウドサポート部に遠隔設置されることが好ましい。
【0015】
本発明においては、前記制御棒を急速に挿入する際に、前記制御棒単体又は、前記制御棒及び前記制御棒と連結した制御棒駆動軸で自由落下するように構成されたことが好ましい。
【0016】
本発明においては、前記原子炉圧力容器の胴部に上下方向の熱膨張差を吸収しうるシュラウドの横方向サポートを設置することが好ましい。
【0017】
本発明においては、前記ドライヤは蒸気乾燥部分が前記原子炉圧力容器の内面に周方向に離間して配置されたことが好ましい。
【0018】
本発明においては、前記制御棒を急速に挿入する際の衝撃を吸収する緩衝機構を前記制御棒の下端部及び、前記炉心支持板の下部に配置することが好ましい。
【0019】
本発明においては、前記シュラウドヘッドから立ち上がる制御棒駆動軸下部案内管と前記圧力容器上蓋に設置される制御棒駆動軸上部案内管とを連結し、前記炉心から発生した二相流が前記気水分離器以外に漏れることを防止することが好ましい。
【0020】
本発明においては、前記炉心の内部に加えて、前記シュラウドの外部又は前記原子炉圧力容器外に核計装を配置することが好ましい。
【0021】
本発明においては、前記シュラウドヘッド直下部から蒸気案内筒を吊り下げたことが好ましい。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、原子炉圧力容器の内底部に設けられ、炉心シュラウド、炉心支持板、中間格子板、上部格子板およびこれらによって支持された燃料集合体を有する炉心と、この炉心を構成する複数体の燃料集合体間に上方から下方に向けて挿入され、かつ下方から上方へ向けて引抜操作が行われる複数の制御棒と、原子炉圧力容器上部に設けられ、前記制御棒を制御棒駆動軸で連結して操作する制御棒駆動機機構と、前記燃料集合体を固定保護する燃料チャンネルを延長して形成されるとともに、制御棒案内の機能を持たせた延長燃料チャンネルと、この延長燃料チャンネルの上方において前記炉心の上端開口を閉塞するとともに前記複数の制御棒駆動軸が上下動自在に通過するシュラウドヘッドと、このシュラウドヘッドの上方に設けられ、前記炉心から発生した二相流の気水分離を行う複数の気水分離器と、前記原子炉圧力容器内に設けられ、前記炉心から発生した蒸気を通過させて乾燥するドライヤとを備えているから、原子炉圧力容器下部に貫通口を設ける必要がなく圧力容器下部の潜在的冷却材喪失事故(LOCA)の可能性を低下させることができるとともに、原子炉格納容器を小型化して経済性を向上させることができる。
【0023】
冷却水の炉内自然循環を可能とした場合には、再循環ポンプを必要とせず、したがって構成を極めてコンパクトにすることができ低コスト化を図ることができる。
【0024】
前記原子炉圧力容器に接続される配管およびノズル類を前記炉心位置より上方に配置した場合には、原子炉圧力容器下部の潜在的冷却材喪失事故を防止し、安全性の高い原子炉を得ることができる。
【0025】
原子炉の核計装配線引出部を前記炉心位置より上方の前記原子炉圧力容器の胴部に配置した場合には、原子炉圧力容器下部の貫通口を削減することができ、従って原子炉の安全性を向上させることができる。
【0026】
前記シュラウドは前記原子炉圧力容器の下鏡に設置されたシュラウドサポート部に遠隔固定される場合には、シュラウドの設置を容易にすることができるとともに、圧力容器に直接固定されることによって耐震性を向上させることができる。
【0027】
前記制御棒を急速に挿入する際に、前記制御棒単体又は、前記制御棒及び前記制御棒と連結した制御棒駆動軸で自由落下するように構成された場合には、従来のように水圧制御ユニットを必要とせず、したがって信頼性及び経済性に優れた制御棒駆動機構を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0028】
本発明の沸騰水型原子炉においては、原子炉圧力容器上蓋に制御棒駆動機構を設置するとともに、炉心の上端開口を閉塞しかつ複数の制御棒の駆動軸が上下動自在に挿通するシュラウドヘッドと、このシュラウドヘッドの上端にスタンドパイプを介して立設され炉心から発生した二相流の気水分離を行う複数の気水分離器と、この気水分離器上方の原子炉圧力容器内周部に設けられ、かつ気水分離器で分離された蒸気を乾燥させる蒸気乾燥器とを備え、制御棒の上引抜挿入方式及び、原子炉圧力容器底部の貫通孔削減を可能としている。以下に、本発明の沸騰水原子炉の形態について図1ないし図5を参照して詳細に説明する。
【0029】
第1の実施の形態
図1、図2、図3は、本発明の第1の実施の形態に係わる原子炉圧力容器の概略図である。
【0030】
この図1に示すように、本実施の形態では原子炉圧力容器101内の最下端位置に炉心102を有している。
【0031】
原子炉圧力容器101の底部近傍に、シュラウド103、炉心支持板104が設けられ、この炉心支持板104に多数の燃料集合体105が正方格子状の配列で立設支持され、燃料集合体105の上端部が上部格子板106によって固定され、これにより炉心102が構成されている。制御棒107は十字型制御棒であり、4体の燃料集合体105ごとに対応して規則的に配置されている。そして、制御棒107は、原子炉圧力容器101上蓋に設置された制御棒駆動機構108に連結した制御棒駆動軸109によって炉心102の上部から挿入されるようになっている。
【0032】
炉心シュラウド103は、上部格子板106、中間格子板111及び炉心支持板104が原子炉圧力容器101の上部から設置可能な構造になっており、炉心支持板104には燃料集合体105を保護する延長燃料チャンネル110が設置され、燃料集合体105がその中に設置されている。
【0033】
延長燃料チャンネル110の上部は上部格子板106上まで延長されている。これにより、制御棒107は延長燃料チャンネル110にガイドされ炉心102に上方から挿入されるようになっている。そして、各延長燃料チャンネル110の上部が上方向に開口し、炉心102で発生した気液二層流はこの延長燃料チャンネル110内部の二層流領域を介して上昇するようになっている。
【0034】
延長燃料チャンネル110上方にはシュラウドヘッド112が設けられ、このシュラウドヘッド112の上端には、制御棒駆動軸109を案内する制御棒駆動軸下部案内管116が設置されている。また、シュラウドヘッド112の上端には、スタンドパイプ113が、制御棒駆動軸下部案内管116に干渉しないように設置され、このスタンドパイプ113には、炉心102から発生した二相流の気水分離を行う複数の気水分離器114が設けられている。さらにその上方には、制御棒駆動軸109を案内する制御棒駆動軸上部案内管115および制御棒駆動軸下部案内管116に干渉しないように、原子炉圧力容器101内周に沿って蒸気乾燥器117が配設されている。
【0035】
シュラウドヘッド112から立ち上がる制御棒駆動軸下部案内管116と原子炉圧力容器101上蓋から設置される制御棒駆動軸上部案内管115とを連結し、炉心102から発生した二相流が気水分離器114以外に漏れることを防止する。
【0036】
また、炉心内102内には中性子束を検出する炉内核計装122が設けられているが、この炉内核計装122からの電気配線は、炉心102下部から引き出され、内部に配線を引き回し可能な曲げ半径にて設置された炉内核計装配線案内管120の中を引き回される。そして、この電気配線は、炉心102より上部の原子炉圧力容器101の胴部に設置された取出口121より取り出される。
【0037】
この炉内核計装配線案内管120の組立は、原子炉圧力容器101にシュラウド103を設置する以前の作業性の良い状態で実施される。その後、炉心支持板104、中間格子板111、上部格子板106、炉内核計装配線案内管120の組立が完了した状態でシュラウド103が原子炉圧力容器101下部に遠隔締付可能なボルトにて固定される。シュラウド103は下部で固定されるとともにその上部でも支持される。すなわち、原子炉圧力容器101の胴部にはサポート129が設けられ、このサポート129によってもシュラウドは支持される。このサポート129は、シュラウドの熱膨張差による上下方向のずれは吸収するものの、横方向の移動は防止するようになされており、地震時のブレを防止し、制御棒駆動軸109の曲がりによる制御棒107の駆動異常が起きないようになっている。
【0038】
このように構成することにより、制御棒駆動機構108貫通部、主蒸気管118、給水配管119、炉内核計装配線案内管120取出口121は、それぞれ原子炉圧力容器101の炉心102より上方に配設される。したがって、炉心102の下方には貫通孔、配管、弁、駆動機構類等が何ら設けられていないようにすることができ、非常に安全性の高い原子炉を得ることができる。
【0039】
このような構成の原子炉圧力容器101において、運転時には、炉心102で発生した二層流が各延長燃料チャンネル110の内部空間を介して上昇し、蒸気は気水分離器114および蒸気乾燥器117を経て主蒸気管118から送出される。一方、水分は気水分離器114または蒸気乾燥器117を介して原子炉圧力容器101の炉壁内面に沿って下降し、炉心102に自然循環する。したがって、本実施形態によれば、炉心102が原子炉圧力容器101内の下部に位置するとともに炉心102の上に延長燃料チャンネル110が存在することにより、チムニー効果が発生し、これにより強い自然循環力を得ることができ、自然循環炉としての原子炉が達成される。
【0040】
また、従来の原子炉圧力容器における再循環ポンプを必要としないため、構成を極めてコンパクトにすることができ、低コスト化により大きい経済的効果も得られる。一方、制御棒駆動機構108を原子炉圧力容器101上部に設置し、制御棒107を炉心102上部より挿抜するように構成しているから、従来のように原子炉内圧力に抗して水圧制御ユニットを用いて下方向から制御棒をスクラムさせる必要がなく、重力落下式を採用することが可能となる。したがって、信頼性及び経済性に優れた制御棒駆動機構108を提供することができる。
【0041】
なお、制御棒のスクラムは、制御棒駆動軸109下端で制御棒107を切り離して自然落下させる方式と、制御棒駆動軸109と制御棒107を一体で自然落下する方式がある。また、スクラム時の衝撃力を吸収する緩衝機構を、必要に応じて制御棒107下端及び、炉心支持板103下部に配置してもよい。
【0042】
第2の実施の形態
図4は、本発明の第2の実施形態に係わる概略断面図である。本発明の第1の実施の形態において、炉内核計装122を、シュラウド104外周及び炉心102内部又は、原子炉圧力容器101外周に配置して、炉心102の核計装を実施するものである。本実施の形態によれば、第1の実施の形態にて必要であった炉内核計装配線案内管120及び、炉心102より上部の原子炉圧力容器101の胴部に設置された取出口121が不必要となり、より安価な構造の単純な原子炉が提供可能となる。
【0043】
第3の実施の形態
図5は、本発明の第3の実施の形態に係わる原子炉圧力容器の縦断面図である。本発明第1の実施の形態において、延長燃料チャンネル110を、シュラウドヘッド112直下部から吊り下げたチムニー構造の蒸気案内筒128に変更した形態である。蒸気案内筒128は一体構造となっており、メンテナンス時にはシュラウドより取外して炉心102へのアクセスを実施することができる。また、チムニー構造を採用することにより、現状の沸騰水型原子炉で使用されているものと同様の構造の燃料集合体105を使用可能となり、安価な原子炉を提供することができる。
【0044】
以上説明したように、この沸騰水型原子炉にあっては、原子炉圧力容器101の内底部に設けられ、炉心シュラウド103、炉心支持板104、中間格子板111、上部格子板106およびこれらによって支持された燃料集合体105を有する炉心102と、この炉心102を構成する複数体の燃料集合体105間に上方から下方に向けて挿入され、かつ下方から上方へ向けて引抜操作が行われる複数の制御棒107と、原子炉圧力容器101上蓋部に設けられ、制御棒107を制御棒駆動軸109で連結して操作する制御棒駆動機機構108と、炉心102を構成する複数体配置の燃料集合体105を固定保護する燃料チャンネルを延長して形成されるとともに、制御棒案内の機能を持たせた延長燃料チャンネル110と、この延長燃料チャンネル110の上方において前記炉心102の上端開口を閉塞するとともに前記複数の制御棒駆動軸が上下動自在に通過するシュラウドヘッド112と、このシュラウドヘッド112の上端にスタンドパイプ113を介して立設され、炉心102から発生した二相流の気水分離を行う複数の気水分離器114と、原子炉圧力容器101内に設けられ、前記炉心102から発生した蒸気を通過させて乾燥するドライヤ蒸気乾燥器117とを備えているから、原子炉圧力容器下部に貫通口を設ける必要がなく圧力容器下部の潜在的冷却材喪失事故の可能性を低下させることができるとともに、原子炉格納容器を小型化して経済性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明の第1の実施の形態である沸騰水型原子炉の概略を示す縦断面図。
【図2】図1において、A−A線に沿う断面を示す横断面図。
【図3】図1において、B−B線に沿う断面を示す横断面図。
【図4】本発明の第2の実施の形態である炉内核計装設置を示す図であって、図1におけるC−C線に沿う位置の断面を示す横断面図。
【図5】本発明の第3の実施の形態である沸騰水型原子炉の概略を示す縦断面図。
【図6】従来の沸騰水型原子炉の概略を示す縦断面図。
【符号の説明】
【0046】
101 原子炉圧力容器
102 炉心
103 シュラウド
104 炉心支持板
105 燃料集合体
106 上部格子板
107 制御棒
108 制御棒駆動機構
109 制御棒駆動軸
110 延長燃料チャンネル
111 中間格子板
112 シュラウドヘッド
113 スタンドパイプ
114 気水分離器
115 制御棒駆動軸上部案内管
116 制御棒駆動軸下部案内管
117 蒸気乾燥器
120 炉内核計装配線案内管
121 取出口
122 炉内核計装
125 シュラウドサポート
128 蒸気案内筒




 

 


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